JP5878167B2 - ラスタ画像のエッジを復元する方法 - Google Patents

Description

本発明は、各画素が値を有する画素を有する連続階調画像のエッジの復元方法であって、方法は、１対の隣接画素を選択するステップであって、対は２つの画素の間に境界を有するステップと、隣接画素対の近傍の画素の値の間の差分値を計算するステップと、差分値に基づいて復元値を計算するステップと、選択された対の最も高い画素値に復元値を加算するステップと、選択された対の最も低い画素値から復元値を減じるステップと、を含む方法に関する。本発明はさらに、電子部品および印刷システムに関する。

最新技術において画像は基本的に２つの方法によってデジタル方式で表される。第一の方法は、画像を構成する図形要素の記述である。たとえば、線の場合、その太さ、その色、および２つの終点の位置の記述が与えられる。使用される記述要素は、ＰＣＬおよびＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔなどのいわゆるページ記述言語の一部である。これらの画像は、たとえば、ワープロまたはコンピュータ支援設計アプリケーションなどのコンピュータアプリケーションによって、生成される。第二の方法は、画素の定義、および標準的な着色剤の量におけるこれらの画素の色の指定である。各画素は、画像中の位置に関連づけられている。画素を有する画像は、ラスタ画像としても知られている。単色画像では、１つの着色剤のみが関与し、画素の値は、画素の密度を表す１つの数を含む。画像がフルカラー画像である場合には、各画素は、各々が着色剤のうちの１つの画素の密度を表す、数字の組み合わせによって特徴付けられる。たとえば、各画素の赤色、緑色、および青色の密度の組み合わせは、ＲＧＢ画像を特徴付ける。同様に、各画素のシアン、マゼンタ、イエロー、およびブラックの密度の組み合わせは、ＣＭＹＫ画像を形成する。画像処理目的のため、これらのカラー画像は、個別にまたは一緒に処理されてもよい、１つの着色剤に対して１つの、いくつかの単色画像の組み合わせとして見なされてもよい。これらの単色画像は、画素が想定できる値の数がすべての関連するグレイトーンを表せるほど十分に大きいときに、連続階調画像である。通常は、８ビット画素で２５６の値が、連続階調画像に十分であると考えられる。ラスタ化された連続階調画像の例は、ハードコピー原稿の走査に由来する画像、およびデジタルカメラに起因する画像である。これら２つの画像タイプの組み合わせは、両方の記述要素またはベクトル要素を包含する混合画像、あるいは画像素子の形態のラスタ画像にも見られる。印刷時に、記述要素を含む画像が、しばしばラスタ画像処理装置によってラスタ画像に置き換えられることは、特筆される。

ラスタ画像を生成した撮像装置の光学特性に応じて、意図される目的によりよく適合するために、デジタル画像は何らかの処理を必要とする場合がある。特にデジタル画像が印刷される場合には、反対側に対するエッジの片側上の受材に付着されるインクまたはトナーの量の急激な推移が、好ましい。文字列ではこの状態にすることで文字の線の直線性を強化し、写真では認識される鮮明度を強化する。処理しないと、画像はぼやけた印象になるかも知れない。連続階調画像がより大きいサイズに拡大されると、同じ問題が発生する。これはたとえば、混合画像が、完全画像がラスタ化される解像度よりも低い解像度の画像素子を含む場合などである。これはまた、ベクトル要素を有する画像がプリンタのアドレス指定能力よりも低い解像度でラスタ化される場合にも、発生するかも知れない。たとえば、画像がインチ当たり３００画素（ｐｐｉ）までラスタ化され、プリンタがインチ当たり６００ドット（ｄｐｉ）のアドレス指定能力を有するとき、画素が２回アドレス指定されるように、１つの画素は２つのドットに使用される値を有する。

ぼやけた画像のための画像処理は、よく確立されている。カーネルの鮮明化を含む画像フィルタリングは、事実上パーソナルコンピュータ用のすべての画像処理アプリケーションで利用可能である。これらは、元の画素値と元の画素の直接的近傍の画素の画素値との関数として画素値を生成する、線形有限インパルス応答フィルタを含む。鮮明化アルゴリズムの非線形の変形例は、米国特許第７０６８８５２号明細書に記載された。この開示において、２つの画素の間の境界の両側の画素の２つの群の平均値の差は、境界に隣接する画素の対の値を調整するための基準である。見いだされた差分値の大きさに依存する利得値は、処理ステップにおける鮮明化の必要量を調整するために使用される。線形法を上回る利点は、エッジに対するより良い制限である。これは、平滑な推移領域における値の増加のような、画素値のその他の配列が、影響を受けないことを意味する。この非線形法の不都合は、フィルタリングの度合いを選択するためになされる利得値の調整を必要とすることである。

米国特許第７０６８８５２号明細書

線形および非線形の両タイプのフィルタリングは、オーバーシュートを示す傾向がある。これは、エッジでの推移を急峻にすると、境界の画素値が低い側からある程度離れた距離にある多数の画素が、意図される値よりも低い値を有し、境界の画素値が高い側からある程度離れた距離にある画素のいくつかは、意図される値を超える値を有する、という効果である。黒い文字列が白い背景に表示されるとき、利用可能な範囲の値の限界を超えた画素値は切り捨てられ、結果的なエッジは黒から白への急峻な推移を示すので、このオーバーシュートは歓迎される。しかしながら、カラーの背景にあるカラーの文字列は、異なる色の背光が文字列と背景との間に現れる可能性があるので、このように処理されることはできない。図形画像においても、オーバーシュートは望ましくなく、鮮明化はほどほどの作用に限定される。サイズ変更されたラスタ画像の場合、不鮮明度の多くの原因は、エッジの両側における高低値の中間の等しい値を有する複数の画素の発生である。この場合も、これは変更されていない画像と比較して画像を劣化させるので、鮮明度を強化した結果としてのオーバーシュートは望ましくない。

したがって、現在の最新技術の問題は、オーバーシュートの発生である。本発明は、その目的として、ほとんどまたはまったくオーバーシュートを示さない鮮明化アルゴリズムを見いだす。

本発明によれば、上記の問題は、そのうちの選択された対が２つの中心画素を形成する、境界に対して直交する行内の４つの画素が、単調に増加する値を有し、差分値が境界の同じ側の最も近い隣接画素の値に基づくときにのみ、復元値を加算および減算するステップを実行することによって、解決されるだろう。エッジを有するという仮定は、４つの画素が単調に増加する値を有することを見いだすという条件に基づいている。この条件は、エッジの発生を見いだすために閾値と差を比較する必要性を排除する。オーバーシュートは、画素値とその最も近いものの値との差よりも大きい値によって画素値が変化するときに、発生する。

したがって、オーバーシュートは、この差に基づく値で画素値を変更することによって防止されてもよい。このようにして、画素値はその最も近いものの値によって制限され、オーバーシュートの量は制御されるだろう。

さらなる実施形態において、復元値は、境界に対して直交する行内の４つの画素のうちの最初の２つの画素の値の差分値、および境界に対して直交する行内の４つの画素のうちの最後の２つの値の差分値の、最小値である。復元値は２つの隣接画素の差分値を超過することがないので、２つの差分値のうちの最小値を取った結果、オーバーシュートは完全に排除される。

さらなる実施形態において、復元値を加算および減算するステップは、復元値が閾値より高いときにのみ実行される。これは、平滑な推移領域に望ましくない雑音を導入する可能性のある画素値の細かい修正の不必要な実行を防止する。

さらなる実施形態において、連続階調画像では、線状に、すべての対の隣接画素が選択される。この特徴により、完全ラスタ画像は処理されて、高い値を有する画素から低い値を有する画素への推移が元の画像よりも急峻な、デジタル画像になるだろう。

別の実施形態において、画像の単一行内の選択された対の隣接画素の復元値は、行バッファに保存され、平均化操作の後に対応する画素に加算される。これは、先の選択の復元値によって変更されることなく、行内の４つの画素のすべての選択に元の画素値が使用されてもよいという、さらなる利点を有する。

本発明はまた、請求項１から５の方法のいずれか１つを適用するための特定用途向けプログラミング装置として構成された電子部品においても、実現される。この実施形態は、方法の迅速な実行という利点を有する。

本発明はまた、印刷すべき画像を読み取るための制御器、および出力材料に印をつけるための印刷エンジンを含み、制御器は画像処理装置を含む、印刷システムにおいても実現され、これは請求項１から５の方法のいずれか１つの適用を特徴とし、優れた画質という利点を与える。

画素に分割される画像、および記載される発明において使用される画素の可能な配向の、模式図である。 本発明の操作前の画素値の説明図である。 本発明の操作後の画素値の説明図である。 ２方向で画像を処理する実施形態のフロー図である。 ハードウェア実施形態に付随する画素の画素位置を示す図である。 ２方向で画像を処理するための本発明のハードウェア実施形態を示す図である。 本発明を図解する多数の離散時間信号を示す図である。

図面を用いて実施形態が説明される。図１には、画素に分割された長方形の画像が示されている。画素は、行（１）に沿って並べられており、これらが属する行にしたがって標識ｉによって、および行ｊにおけるその位置にしたがって、付番されてもよい。画素は、画像中の位置に関連づけられており、特定位置での画像の特性を表す値を有する。この実施形態において、これは画像を描画するために使用される着色剤のうちの１つの密度である。本発明は、直交する両方の方向において、列内の４つの画素（２）および（３）を処理する。画素（５）および（６）は、２つの画素の間に境界（８）が見いだされるときに場合により復元値を交換する、１対の隣接画素を表す。これは画素（４）、（５）、（６）、および（７）の相対値によって決定される。

図２Ａにおいて、４つの隣接画素の値は、本発明の方法が適用される前の画素の値について、下限境界（４０）と上限境界（４１）との間に描画されている。値３２、３３、３４、および３５は単調に増加しており、したがって値３３および３４に属する画素間の境界が推測される。この例において、復元値は、値３２と３３との差（３７）ならびに値３４と３５との差（３６）のうちの最小値に由来する。図２Ｂは、復元値が２つの中心画素のうち最も高い画素値（３８）に加算され、最も低い値（３９）から減算されたときの結果を示す。画素の間のエッジは、より急峻であると認められる。

図３では、方法の様々なステップを示すフロー図が、完全画像に適用されるように示されている。画像中の画素は、行ｉに沿って配置されており、行内には画素位置が標識ｊで示されている。位置（ｉ，ｊ）に関連づけられた画素値は、変数Ｖ［ｉ，ｊ］で示されている。２つのブロックのステップは区別されることが可能である。第一ブロック（１０）では、標識ｊの方向の画素群が処理され、第二ブロック（２０）では、標識ｉの方向の画素群が処理される。本発明の方法には多数の画素が関与するので、画像の境界線からある程度離れた画素から開始する必要があるだろう。

どの開始値が取られるべきかは、容易に明らかになるだろう（１１）。第一のブロック（１０）において、ｉの開始値は最初の行を示す値であり、その一方でｊの開始値は最初から２つ目の画素を示す。ｉの最終値は画像の最終行を示すが、その一方でｊの最終値は画像の最後から３つ目の画素を示す。別の実施形態では、２つの画素および２つの行の境界線は、画像の境界線との干渉を防止するために、未処理のまま残される。処理において、４つの隣接画素が単調に増加しているか否かが判定される（１２）。これに該当する場合（Ｙ）、最も低い中心画素から減算されて最も高い中心画素に加算される復元値が決定される、一連の計算（１３）が実行される。該当しない場合には（Ｎ）、４つの隣接画素が単調に減少しているか否かが確認される（１４）。これに該当する場合（Ｙ）、最も低い中心画素から減算されて最も高い中心画素に加算される復元値が決定される、別の一連の計算（１５）が実行される。これに該当しない場合には、計算は実行されず、処理が継続する。３つの処理経路が一緒になって、行の最後の画素が処理されたか否か確認される（１６）。これに該当しない場合（Ｎ）、画素標識は１つ持ち上がり（１７）、処理は戻って最初の条件を確認する（１２）。これに該当する場合には（Ｙ）、最後の行が処理されたか否かの確認が行われる。これがそうでない場合には（Ｎ）、処理は次の行で繰り返され、最初の可能な画素から始められる（１９）。これがそうである場合には（Ｙ）、１つのブロック（１０）が終了して新しいブロック（２０）が開始される。計算ブロック（１３）、（１５）において、その後のステップで使用される画素の値が変更され、そのため次の隣接画素の各群は画像の元の値とは異なる計算値を含んでもよいことは、特筆される。

ブロック２０において、ブロック１０と類似の処理ステップが行われる。このブロックでは、ｉの最初の値は最初から２つ目の行を示し、その一方でｊの最初の値は行の最初の画素を示す。同様に、ｉの最終値は画像の最後から２つ目の行を示し、ｊの最終値は行の最後の画素を示す。まず、選択された画素群が単調に増加しているか否かが判断される（２２）。そうである場合（Ｙ）、一連の計算（２３）が、最低から最高値までの復元値を交換する。そうでない場合には（Ｎ）、画素群が単調に減少しているか否かが判断される（２４）。これに該当する場合（Ｙ）、最も低い中心画素から減算されて最も高い中心画素に加算される復元値が決定される、別の一連の計算（２５）が実行される。このブロックでも、すべての行が処理されたか否かを判断するために（２６）、３つの処理経路が一緒になる。そうでない場合には（Ｎ）、標識ｉが１つ持ち上がることによって次の行が選択され（２７）、処理は次の画素群で繰り返される。すべての行が処理されている場合には（Ｙ）、最後の画素が処理されたか否かの判断がなされる（２８）。そうでない場合には（Ｎ）、標識ｊが１つ持ち上がることによって次の画素が選択され（２９）、行標識ｉは再び最初の値から開始される。最後の画素が処理されている場合には、方法は終了する。

処理すべき画素群の順番に関して、本発明によって画像を処理するために、様々な別の実施形態が可能である。いくつかの状況では、図３のブロック（１０）および（２０）のうちの１つのみを用いて、一方向でのみ画素を処理するだけで十分であるかも知れない。これらすべての実施形態において、処理された画素の結果が、元の画素の代わりに保存される。これは、次の処理ステップにおいて、いくつかの画素は前のステップで変更されていない値を有するが、その一方でその他の画素は新しい値を取得している可能性があることを、意味する。

本発明の別の実施形態は、新しい処理ステップにおいて、すでに処理済みの画素のこのアドレス指定を回避する。この目的のため、画素群から生成された復元値はバッファに保存され、部分的に重複する画素群の復元値に対して平滑化操作が課される。これは、図４Ｂに示されるようなハードウェア実施形態において、特に有用である。このような実施形態では、画素の新しい値を用いる処理で次の画素群が処理される前に、処理後の画素の値を置き換えることは、あまり効果がないだろう。

図４Ａにおいて、水平方向の４つの画素の群、および垂直方向の４つの画素の群が示されている。これらの画素は、画像の左上のコーナーから右下のコーナーに向かって、一行ずつ水平に画像に方法が適用される場合に、関与する。１つのパスで、水平および垂直の両方の処理ステップが実行される。１つの回路内で、ある画素値（５０）はデジタル入力値であり、ある画素値（５５）は出力値である。図４Ｂにおいて、このプロセスを実行する回路図が示されている。様々なプロセスを同期するために使用されるクロック信号は、示されていない。デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）（６０）において、入力値ｐｉｘ０（５０）、ｐｉｘ１（５１）、ｐｉｘ２（５２）、およびｐｉｘ３（５３）を用いて図２に示されるような方法にしたがって、出力値ｃｏｒ１（６１）およびｃｏｒ２（６２）が生成される。これらの最後の３つの信号は、それぞれ１つ、２つ、および３つのクロックパルス（６３）だけ入力信号を遅延させることによって、入力信号から生成される。出力信号ｃｏｒ１（６１）もまた１クロックパルスだけ遅延させられ、その後出力信号ｃｏｒ２（６２）に加えられる。結果は、中心入力値が２回取られる３つの入力信号の平均である出力（６５）を生成する平滑化回路の入力信号として、使用される。さらに、出力信号（６５）は、中心入力信号と同じ表示ではないときに、ゼロに設定される。結果は画素５３を参照する信号に加えられ、垂直方向の画素群（５３、５４、５５、５６）を処理する次のＤＳＰ（６７）の入力信号として使用される。この場合、画像は水平方向に処理されるので、画素値は１行全体を処理するのにかかる時間（６８）だけ遅延される。画素出力信号（５５）は、入力画素から左に３つ目で２行上の画素の新しい値（５０）として保存される。垂直画素群の処理において、新しい値が使用されるので、平滑化は必要ないことに、注意する。

図５には、画像の片側の低い値から開始して反対側の高い値で終了するパターンについて、水平処理ＤＳＰ（６０）の周りの離散時間信号が示されている。横の時間軸は、クロックパルスによって分割された９つの周期を示す。縦軸は、様々な信号を分割するためにオフセットを用いる１０個の信号の信号高さを示す。信号「ｐｉｘ０」は、図４Ａの画素「ｈ＿ｐｉｘ０」（５０）から生じるＤＳＰ（６０）への入力信号の値を指す。クロックパルスの後、この図中の画素のパターンは、画像の右に１つ位置をずらす。このため、画素「ｈ＿ｐｉｘ１」（５１）の値に関連づけられた入力信号「ｐｉｘ１」は、信号「ｐｉｘ０」から１クロックパルスだけ遅延する。信号「ｐｉｘ２」および「ｐｉｘ３」にも同じことが言える。ＤＳＰは、本願の方法によって出力値「ｃｏｒ１」（６１）および「ｃｏｒ２」（６２）を生成する。信号「ｃｏｒ１」（６１）の値は、図３の計算ステップ（１５）で決定された値Ｒに対応し、「ｃｏｒ２」（６２）はこの信号の逆数である。「ｃｏｒ１」を１クロックパルス遅延させた後、これは「ｃｏｒ２」に加えられ、平滑化処理装置（６４）への最初の入力信号「ｃｏｒｔｏｔ２」を形成する。この例の画素パターンでは、信号「ｃｏｒ１」（６１）および「ｃｏｒ２」（６２）は、１時間周期の間、ゼロとは異なるだけであることに、注意する。平滑化処理装置は、「ｃｏｒｔｏｔ３」を２倍した後に入力信号「ｃｏｒｔｏｔ２」、「ｃｏｒｔｏｔ３」、および「ｃｏｒｔｏｔ４」を加算し、出力信号「ｏｕｔ」（６５）が「ｃｏｒｔｏｔ３」と同じ表示であるか否かを確認する。そうでない場合には、信号「ｏｕｔ」はゼロに設定される。最後に信号「ｏｕｔ」（６５）および「ｐｉｘ３」（５３）が加算される。結果的な信号「ｖ＿ｐｉｘ０」（６６）は、本発明の目的により、オーバーシュートのない入力信号と比較して、より急峻な推移を有する。

Claims (7)

1. 各画素が値を有する画素を有する連続階調画像のエッジの復元方法であって、
   １対の隣接画素を選択するステップであって、対は２つの画素の間に境界を有するステップと、
   隣接画素対の間の境界の近傍にある画素の値の間の差分値を計算するステップと、
   差分値に基づいて復元値を計算するステップと、
   選択された対の最も高い画素値に復元値を加算して選択された対の最も低い画素値から復元値を減じるステップと、を含み、
   復元値が、境界に対して直交する行内の４つの画素のうちの最初の２つの画素の値の差分値、および境界に対して直交する行内の４つの画素のうちの最後の２つの値の差分値の、最小値であり、
   復元値を加算および減算するステップは、そのうちの選択された対が２つの中心画素を形成する、境界に対して直交する行内の４つの画素が、単調に増加する値を有するときにのみ実行されることを特徴とする、方法。
2. 復元値を加算および減算するステップが、復元値が閾値より高いときにのみ実行される、請求項１に記載の方法。
3. 連続階調画像では、線状に、すべての対の隣接画素が選択される、請求項２に記載の方法。
4. 画像の単一行内の特定の画素のための復元値が、特定の画素が方法においてもはや参照されなくなるまでバッファに保存され、復元値は隣接画素の復元値を用いる平均化操作の後に特定の画素に加算される、請求項３に記載の方法。
5. 請求項１から４の方法のいずれか１つをコンピュータに実行させるための命令を含む特定用途向けプログラミング装置として構成された、電子部品。
6. 請求項１から４に記載の方法のいずれか１つをコンピュータに実行させるための命令を含むコンピュータプログラム。
7. 印刷すべき画像を読み取るための制御器、および受材に印をつけるための印刷エンジンを含む印刷システムであって、制御器は、請求項１から４の方法のいずれか１つをコンピュータに実行させるための命令を含むデータ処理装置を含む、印刷システム。

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